Hack The Crisis: los estudiantes de ingeniería fabrican un ventilador de bricolaje

Según los informes, solo la ciudad de Nueva York necesita miles de máquinas de respiración, que no están disponibles en cantidades suficientes. Los fabricantes médicos han aumentado la producción. General Motors, que opera bajo la Ley de Producción de Defensa, dijo que entregará 30, 000 unidades en agosto. Incluso compañías como Dyson y Tesla se están lanzando a la refriega.

Pero los ventiladores que se usan en los EE. UU. Son máquinas sofisticadas y de alta ingeniería que cuestan desde $ 5, 000 a $ 5 0,000 cada una, y necesitan muchos componentes especializados de una amplia gama de proveedores, muchos de quienes están en alta mar, con poco personal o actualmente bajo encierro.

Como una alternativa pragmática, los estudiantes de la Escuela de Ingeniería Brown de la Universidad de Rice crearon un dispositivo básico a partir de piezas estándar que suministra ventilación de grado hospitalario, pero solo cuesta unos cientos de dólares.

Los fundamentos de los ventiladores son bastante simples. El coronavirus puede causar inflamación en los pulmones, que bloquea las membranas que transfieren oxígeno del aire a la sangre. Los ventiladores de cabecera ayudan a empujar el aire hacia los pulmones para abrirlos. El paciente recibe más oxígeno y tiene la oportunidad de estabilizarse y recuperarse.

El año pasado, un equipo senior de estudiantes de ingeniería biológica y mecánica que trabajaba en la Cocina de Diseño de Ingeniería Oshman de Rice (OEDK) diseñó y construyó un dispositivo rentable que automatiza la compresión de las máscaras de válvula de bolsa manual. Un BVM consiste en una cámara de aire flexible que está unida a una máscara facial. Al apretar la bolsa se fuerza el aire a través de una válvula unidireccional hacia los pulmones de pacientes intubados que tienen dificultad para respirar por sí mismos. Estas máscaras se han utilizado durante casi 70 años y generalmente las lleva el personal médico de emergencia. Cada año se fabrican más de 100 millones de BVM en todo el mundo.

Pero las máscaras son difíciles de apretar a mano durante más de unos minutos a la vez. El sistema automatizado puede realizar esta tarea durante horas. Los estudiantes utilizaron un motor estándar $ 25 y un microcontrolador $ 5 para alimentar y programar el sistema. El "compresor" de la unidad es un dispositivo de piñón y cremallera compuesto principalmente de 3 piezas de plástico impresas en D con paletas unidas que aprietan cíclicamente la bolsa. Anticiparon que el dispositivo sería útil en hospitales de bajos recursos en países en desarrollo, o durante emergencias cuando los ventiladores portátiles son escasos.

Ahora, con la crisis de COVID-19, las solicitudes están llegando a la universidad en busca de planes para el prototipo inicial. El personal del OEDK de Rice actualizó rápidamente el prototipo del estudiante en una unidad ApolloBVM más robusta diseñada para ser de grado médico y también lo suficientemente económica como para considerarse desechable.

El ApolloBVM está construido con algunas piezas 3 impresas en D y cortadas con láser, pero la mayoría de los componentes se pueden obtener fácilmente a través de minoristas en línea y ferreterías. Eso incluye motores goBilda de Servo City, engranajes y sujetadores de McMaster-Carr, y piezas eléctricas de Mouser. Ambu hace la BVM básica. Y una placa Arduino, comprada en Amazon, facilita la programación que permite a los usuarios ajustar la tasa de entrega de aire a los pacientes.

La unidad BVM automatizada se construyó por menos de $ 250, un costo significativamente menor que el de incluso los ventiladores comerciales de nivel básico.

El dispositivo acomoda oxígeno de pared o tanque a través de un puerto de admisión de baja presión estándar. Una pantalla LCD permite a los usuarios establecer los parámetros de funcionamiento e iniciar o detener la compresión. Los controles tienen configuraciones para adultos, niños y niños que actualmente permiten frecuencias respiratorias de 5 a 30 lpm (en incrementos de 1 lpm), volúmenes de 300 a {{6} } ml (en incrementos de 50 ml), presión positiva variable e inspiratorio ajustable: relaciones espiratorias. El ApolloBVM tiene aproximadamente 14 × 16 × 7 pulgadas. de tamaño y pesa menos de 10 lb, por lo que es adecuado para usar en una mesita de noche portátil. Está alimentado por 120 Vac con 0010010 lt; 15 W de consumo de energía.

Desde que Rice anunció la finalización por parte del equipo de un nuevo prototipo en marzo 27, cientos de médicos, ingenieros, fabricantes y personalizadores de más de 50 han solicitado información sobre el proyecto. Los planes de código abierto para el ApolloBVM se han publicado en línea y están disponibles gratuitamente en todo el mundo.

El Departamento de Defensa es uno de los grupos interesados ​​en ApolloBVM. La Marina de los EE. UU. Invitó a varias instituciones a presentar propuestas para desarrollar un sistema de apoyo de ventilación mecánica de bajo costo que pueda producirse rápidamente con recursos ampliamente disponibles. "Esto es lo más simple posible, con todas las piezas disponibles", dijo Danny Blacker, supervisor de diseño de ingeniería de OEDK.

Con la propagación continua del coronavirus y la inminente escasez de ventiladores en todo el mundo, ApolloBVM podría ayudar a los pacientes con COVID-19 que están menos gravemente enfermos mientras esperan la disponibilidad de un ventilador hospitalario estándar. "El objetivo inmediato es un dispositivo que funcione lo suficientemente bien como para mantener estables a los pacientes no críticos con COVID-19 y libere ventiladores más grandes para pacientes más críticos", dijo Amy Kavalewitz, directora ejecutiva de OEDK.

"Esto va a hacer una diferencia en los hospitales que se quedan sin ventiladores", dijo el Dr. Rohith Malya, profesor asistente de medicina de emergencia en Baylor College of Medicine y asesor del equipo de ingeniería de Rice. "Aquellos que tienen relaciones con una instalación de producción que puede producirlos rápidamente deben buscar la autorización de uso de emergencia de la FDA. Estamos trabajando localmente para lograrlo ”.

En las pruebas de laboratorio con un pulmón artificial, el último prototipo suministró aire sin parar durante 24 horas, hasta que se apagó el dispositivo. Los siguientes pasos son realizar pruebas con pacientes humanos en asociación con el Texas Medical Center y trabajar con fabricantes que buscan aumentar la producción de un dispositivo de grado hospitalario.